电液高频疲劳试验机的控制系统设计研究

摘要

电液高频疲劳试验机由于其响应速度快、输出功率大、控制精度高、输出交变载荷波形失真小等特点而广泛应用于航空航天、军事、交通、工程机械等领域。
　　本文以电液高频疲劳试验机为研究背景，以实验室现有的高频激振技术为依托，通过改进机械结构提高了疲劳试验性能，使其具有高频试验能力。电液高频疲劳试验机主要由上夹头位置同步控制器以及高频激振器组成。由于高频激振器是产生激振的核心器件，对高频激振器及其控制技术进行了深入研究。为了解决传统的伺服阀难以实现高频激振的问题，设计了一种结构特殊的2D高频阀。该2D高频阀有两个自由度，可分别实现高频激振器的激振频率以及激振幅值控制。同时，在双出杆液压缸上并联一个2D数字阀，用以控制高频激振器的振动中心。在改进电液高频疲劳试验机试验机机械结构的基础上，设计研究了其控制系统。论文的主要内容和成果有:
　　1.对电液高频疲劳试验机的工作原理进行分析。分别介绍了高频激振器的工作原理和上夹头位置同步控制器的工作原理。由于高频激振器是电液高频疲劳试验机的核心部件，着重对其主要部件2D高频阀以及2D数字阀的工作原理进行分析。
　　2.分别建立了2D高频阀和2D数字阀的数学模型，在此基础上对高频激振器进行建模仿真并对仿真结果进行分析。
　　3.对电液高频疲劳试验机的控制系统进行总体设计分析，并将控制系统模块化，分别设计研究了激振频率控制器、激振幅值控制器、激振偏置控制器以及主动缸控制器。
　　4.搭建电液高频疲劳试验机的实验平台，分别对激振频率、激振幅值以及激振偏置控制进行了实验研究。实验表明该控制系统能有效控制电液高频疲劳试验机在1000Hz附近进行频率高、载荷大的疲劳试验，在2500Hz时的载荷力能达到3kN。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 疲劳试验机概述

1．2．1 机械式疲劳试验机

1．2．2 气动式疲劳试验机

1．2．3 电磁式疲劳试验机

1．2．4 电液式疲劳试验机

1．3 电液疲劳试验机研究现状及其发展趋势

1．3．1 电液疲劳试验机研究现状

1．3．2 电液疲劳试验机发展趋势

1．4 论文选题意义与研究内容

1．5 本章小结

第2章 电液高频疲劳试验机的工作原理

2．1 引言

2．2 电液高频疲劳试验机的工作原理

2．2．1 电液高频疲劳试验机的结构

2．2．2 高频激振器的工作原理

2．2．3 2D高频阀的工作原理

2．2．4 2D数字阀的工作原理

2．2．5 上夹头位置同步控制器的工作原理

2．2．6 电液高频疲劳试验机的工作原理

2．3 本章小结

第3章 高频激振器的建模与仿真

3．1 高频激振器的数学模型

3．1．1 2D高频阀的数学模型

3．1．2 2D数字阀的数学模型

3．1．3 双出杆液压缸流量连续性方程

3．1．4 双出杆液压缸活塞杆的力平衡方程

3．2 高频激振器的仿真模型

3．3 高频激振器的仿真结果分析

3．3．1 双出杆液压缸活塞杆的运动过程分析

3．3．2 各频率下相同轴向开口的输出载荷分析

3．3．3 各频率下不同轴向开口的输出载荷分析

3．4 高频激振器的控制特性分析

3．4．1 激振频率的控制特性

3．4．2 激振幅值的控制特性

3．4．3 激振偏置的控制特性

3．4．4 谐振情况分析

3．4．5 幅频特性分析

3．5 本章小结

第4章 电液高频疲劳试验机的控制系统设计

4．1 引言

4．2 电液高频疲劳试验机的控制系统总体设计

4．2．1 两相步进电机的驱动控制原理

4．2．2 永磁同步电机的驱动控制原理

4．2．3 比例电磁铁的驱动控制原理

4．3 高频激振器控制模块设计

4．3．1 激振频率控制器的硬件设计

4．3．2 激振频率控制器的软件设计

4．3．3 激振幅值控制器的设计

4．3．4 激振偏置控制器的硬件设计

4．3．5 激振偏置控制器的软件设计

4．4 上夹头位置同步控制器控制模块设计

4．5 本章小结

第5章 电液高频疲劳试验机的实验研究

5．1 引言

5．2 电液高频疲劳试验机实验平台搭建

5．3 实验研究

5．3．1 激振频率实验

5．3．2 激振幅值实验

5．3．3 激振偏置实验

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果